CN107976890B - 具有位置不敏感的等时旋转谐振器的机械表 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钟表谐振器机构(100)，其具有围绕承受驱动转矩的输入轮系(1)的轴线(D)以旋转方式固定且设置成连续转动的中心轮系(30)，并且具有多个即N个惯性元件(2)，每个惯性元件可相对于中心轮系(30)移动，并且通过弹性复位装置(4)朝轴线(D)复位，该机构(100)具有N阶旋转对称性，并且在全部惯性元件(2)之间具有运动学联结装置，所述运动学联结装置设置成在任何时间将这些惯性元件(2)的全部质心维持在距轴线(D)相同距离处，并且弹性复位装置(4)产生如下弹性势能：Vtot＝(dα0/dt)2.Σj(Mj.Rj2)，其中Vtot是弹性势能，Σj是括号之间的量对j求和，(dα0/dt)是要施加的转速，Rj是质量块Mj的惯性元件j的质心G的位置。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于钟表机芯的谐振器机构，其具有安装成围绕旋转轴线枢转并且承受驱动转矩的输入轮系，并且具有围绕所述旋转轴线旋转地固定于所述输入轮系上且设置成连续转动的中心轮系，其中所述谐振器机构具有多个(N个)惯性元件，每个惯性元件都可相对于所述中心轮系依照至少一个自由度移动，并且通过弹性复位装置向所述旋转轴线复位，所述弹性复位装置设置成在所述惯性元件的质心上产生复位作用力，其中所述谐振器机构具有N阶旋转对称性。
本发明还涉及一种具有至少一个这样的谐振器机构的钟表机芯。
本发明还涉及一种具有这样的钟表机芯的钟表，特别是手表。
本发明涉及形成时基的钟表谐振器机构的领域。
背景技术
大多数目前的机械表配备有游丝摆轮和瑞士锚式擒纵机构。游丝摆轮形成表的时基。这也称为谐振器。
擒纵装置本身履行两个主要功能：
-维持谐振器的往复运动；
-对这些往复运动进行计数。
除了这两个主要功能以外，擒纵装置必须牢固、耐震动冲击和防止机芯的卡滞(翻摆)。
瑞士锚式擒纵机构具有低能量效率(约30％)。这种低效率归因于以下事实：擒纵装置的机芯是间歇的，存在落角间隙(drop)或背隙以适应加工误差，以及多个构件经由互相交汇的倾斜平面传递它们的运动。
需要惯性元件、引导装置和弹性复位元件来形成机械谐振器。通常，螺旋弹簧起到用于属于摆轮的惯性元件的弹性复位元件的作用。该摆轮由枢轴可旋转地引导，所述枢轴在光滑红宝石轴承中转动。这引起摩擦并进而引起能量损失和对操作的破坏，取决于位置和试图消除哪一者。损失通过品质因数Q表征。目的在于使该因数Q最大化。
Montres BREGUET名下的专利申请EP2847547描述了一种用于调节围绕轮系的第一枢转轴线的枢转速率的机构，特别是打点机构，其具有围绕平行于第一枢转轴线的第二枢转轴线枢转的惯性块。调节器具有用于使惯性块向第一轴线复位的装置。当轮系以低于基准速率的速率枢转时，惯性块保持被限制在围绕第一轴线的第一回转空间中。当该轮系以高于基准速率的速率枢转时，惯性块进入围绕第一轴线的第二回转空间，该第二回转空间邻近第一回转空间并在其外侧，并且惯性块的外周部分在该第二回转空间中与设置成引起轮系的制动且使其枢转速率回到基准速率并耗散过剩能量的调节装置配合。特别地，轮系承受由于傅科电流而引起的制动转矩。
ETA Manufacture Horlogère Suisse名下的专利申请EP14184155描述了一种钟表调速器机构，其具有可移动地安装成至少相对于机板枢转的以下构件：擒纵轮，该擒纵轮设置成经由齿轮系接收驱动转矩；和第一振荡器，该第一振荡器具有通过第一弹性复位装置与机板连接的第一刚性结构。该调节器机构具有第二振荡器，该第二振荡器具有通过第二弹性复位装置与第一刚性结构连接的第二刚性结构，并且具有导向装置，该导向装置设置成与属于擒纵轮的互补导向装置配合，从而使第一振荡器和第二振荡器与齿轮系同步。
ETA Manufacture Horlogère Suisse名下的专利申请EP15153657描述了一种钟表振荡器，其具有一结构以及在时间和几何上异相的不同初级谐振器，每个初级谐振器具有由弹性复位装置向所述结构复位的质量块。该钟表振荡器包括用于初级谐振器的相互作用的联接装置，所述联接装置具有引起轮系移动的驱动装置，所述轮系具有设置成驱动和引导与传动装置铰接的控制装置的驱动和引导装置，每个传动装置在远离控制装置处与初级谐振器的质量块铰接，并且初级谐振器和轮系设置为使得任何两个初级谐振器的铰接轴线与控制装置的铰接轴线不共面。
The Swatch Group Research & Development Ltd名下的专利申请PCT/EP2015/065434描述了一种钟表组件，其包括具有至少两个自由度的具有改善的等时性的组合式谐振器，该组合式谐振器具有在第一方向上具有减小的振幅的第一线性或旋转振荡器，在与第一方向大致正交的第二方向上具有减小的振幅的第二线性或旋转振荡器相对于该第一振荡器振荡，该第二振荡器包括滑块的第二支承质量块。该钟表组件具有设置用于向谐振器施加转矩的轮系，其中该轮系具有槽，所述滑块以最小游隙在所述槽中滑动。该滑块设置成：至少在所述槽具有曲线的情况下跟随所述槽的曲线或在所述槽中产生滑动摩擦，或者通过属于滑块的充磁或充电的表面排斥属于所述槽的侧向内表面。
Schieferstein名下的文献FR630831A描述了一种用于在机械系统之间传递动力或控制机械系统的方法和装置，其中其间形成适合的角度的柔性机构的两种振荡运动互相作用，从而产生沿闭合曲线发生并且为了传力或控制而根据旋转运动松弛地耦合的振荡。复位装置附接至机板上。质量块之间的连接元件是弹性的且因此不构成运动联结装置。
EPFL名下的文献EP3095011A2和文献WO2015/10496描述了一种机械各向同性谐波振荡器，其包括至少一个二自由度联结装置，该联结装置利用具有各向同性和线性复位特性的弹簧相对于固定基部支承轨道运动质量块。更具体地，平面弹簧级形成致动轨道运动质量块的纯平移运动的二自由度联结装置，以使得质量块在维持固定取向的同时沿其轨道移位。在一个变型中，每个弹簧级包括至少两个平行的弹簧。弹簧或其它相关联的复位装置这里同样附接至机板上。
当被引导围绕固定轴线旋转并通过径向线性复位弹簧与该轴线连接的质量块由带槽轮驱动旋转时，如果在该槽中运行的销固定在质量块上并且该质量块呈点形式，则其轨迹是椭圆或圆并且全都是等时的。如果质量块具有旋转惯性，则仅圆形轨迹是等时的。很难微调的特定条件可以允许稳定圆上的轨迹，谐振器然后将根据轮的驱动转矩来保持等时。
发明内容
本发明提出实现两个目的：即：
-消除由于谐振器的枢轴的摩擦而引起的干扰以增大其品质因数；
-消除擒纵装置的摇摆(jolt)以便提高该机构的效率，特别是通常赋予擒纵机构的保持和计数功能的效率。
为了实现这些目的，本发明提出根据权利要求1所述的旋转谐振器机构。
过去，钟表制造商未将旋转谐振器视为手表的时基，因为它们通常不是等时的并且对重力敏感。
根据本发明的旋转谐振器机构尤其还被描述为包括导向装置，其中导向的摩擦在静止模式下不会耗散能量，从而提高了品质因数。
此外，在此特定的旋转谐振器机构中，通过向谐振器的轴直接施加的转矩来实现旋转的保持，从而避免了传统锚式擒纵机构的动态损失。
为了获得可以用作测时仪器的时基的旋转谐振器机构，本发明力求满足以下主要条件：
-等时性条件：旋转谐振器机构具有多个可移动的惯性元件，每个惯性元件都由弹性复位装置朝向主旋转轴线复位，所述弹性复位装置的弹性复位作用力在该惯性元件的质心上产生中心力，该中心力的强度与旋转轴线和该质心之间的距离成比例；
-位置不敏感条件：使用多个可移动的惯性元件，每个惯性元件被导向以便能够远离旋转轴线移动，与以下相结合：
○在应用于手表的情况下，频率提高，即高于20Hz；
○或者，设置成迫使(所有这些惯性元件的)总质心不论振幅如何都保持在旋转轴线上的连接机构，即，迫使不同惯性元件的质心在每一刻都相对于旋转轴线位于相同半径上的运动学联结装置；
–对震动和干扰不敏感条件：使惯性元件的质心能够在轨迹干扰之后处于圆形轨迹上的径向摩擦。此径向摩擦可以由空气摩擦、枢轴的摩擦、滑动件等引起。
本发明还涉及一种具有至少一个这样的谐振器机构的钟表机芯。
本发明还涉及一种具有一个这样的钟表机芯的钟表，特别是手表。
附图说明
在参照附图阅读以下详细描述后，本发明的其它特征和优点将变得更明显，在附图中：
-图1是具有驱动运转轮系的发条盒的机械钟表机芯的示意性平面图，在具有由安装成相对于围绕输入轮系的旋转轴线转动的共用结构枢转的臂承载的两个惯性元件的一种铰接变型中，所述运转轮系驱动根据本发明的连续旋转调速器机构的所述输入轮系，其中每个臂由特定的弹性复位装置朝所述轴线复位；
-图2以与图1相似的方式示出由图1的机构衍生的机构，该机构具有用于在任何时间将惯性元件的质心维持在距旋转轴线相同距离处以使连续旋转调速器机构对重力场的效应不敏感的装置，这些装置由铰接的缩放仪组成；
-图3是图2的机构的一个变型，其中惯性元件与缩放仪的相邻臂组合；
-图4是图3的机构的一个变型，其中各臂全部由铰接在通过运转轮系驱动的中心轮系以及次级中心轮系上的惯性元件代替，所述中心轮系和次级中心轮系共同在缩放仪的中心形成十字；
-图5是具有任何尺寸的边的菱形半缩放仪的图；
-图6是示出部段j的质心的极坐标的相同半缩放仪的图；
-图7类似于图6并且涉及规则的等腰菱形半缩放仪的特定情况，其中铰接部之间的所有臂都具有相等长度；
-图8是具有与图3和4的结构接近的结构的另一变型的示意性透视图，其中除了在旋转轴线的位置处以外不包括枢轴铰接部，其中，形成缩放仪的部段的各臂形成惯性元件，并且这些臂之间的联结装置具有包括突出的交叉叶片的柔性导向装置；
-图8A以类似于图8的视图示出一个有利变型，其包括采用叠加布置结构的一体式上部结构和一体式下部结构，所述一体式上部结构包括全部上部叶片，所述一体式下部结构包括全部下部叶片；
-图8B和8C是该缩放仪的中心轮系和次级中心轮系的侧视图；
-图9和10分别示出具有轴向惰性齿轮的在两个惯性元件之间的刚性运动学联结装置的一个变型的示意性平面图和示意性透视图，所述齿轮与通过具有突出的交叉叶片的柔性导向装置铰接在共用结构上的惯性元件一体化的两个带齿部段连续配合；
-图11是缩放仪的一个变型的示意性平面图，所述缩放仪的中心轮系通过弹性连接部固定在输入轮系上，并且次级中心轮系通过另一弹性连接部固定在输入轮系上；
-图12是实现径向线性导向的运动学联结装置的另一变型的示意性平面图，其具有在惯性元件的孔中滑动的径向导向条，其中惯性元件的弹性复位装置由V形弹簧形成；
-图13是又一变型的示意性平面图，其中运动学联结装置包括组合了中心轮系的弯曲槽和由所讨论的惯性元件承载的销的曲线导向装置，并且其中弹性复位装置具有互相平行的两个弹性叶片以限制每个惯性元件以单个自由度移动；
-图14是具有轴向惰性齿轮的与图9的结构接近的结构的示意性平面图，所述齿轮与两个中间轮配合，所述中间轮自身与和惯性元件一体化的轮以及通过传统牵引弹簧铰接在共用结构上的臂啮合；
-图15是运动学联结装置为柔性的一个变型的示意性平面图，其中共用结构是承载惯性元件的柔性叶片，所述惯性元件均承载与轴向惰轮配合的齿条元件的支承臂；
-图16是具有弹性复位装置的图15的一个变型的示意性平面图，所述弹性复位装置针对每个惯性元件具有两个平行的弹性叶片以限制每个惯性元件以单个自由度移动；
-图17是示出具有机芯的手表的框图，所述机芯自身包括根据本发明的连续旋转调速器机构。
具体实施方式
本发明涉及设置用于主要旨在集成于手表300中的钟表机芯200的谐振器机构100。事实上，根据本发明的谐振器机构100被设计成等时的，对在重力场中的位置不敏感，并且在对冲击震动和干扰不敏感的情况下至少设置成很快恢复其正常操作。
该谐振器机构100是旋转谐振器。它具有不包括标准擒纵机构并且连续操作的特殊特征。由于不存在摇摆，使得与包括联接至锚式擒纵机构的游丝摆轮的类型的传统谐振器相比，能够大幅提高能量效率。
该谐振器机构100具有安装成围绕旋转轴线D枢转的输入轮系1。该输入轮系1受到驱动转矩。图1示出钟表机芯200的传统构型，该钟表机芯包括用于蓄积和储存能量的装置210，这里装置210以非限制性方式包括发条盒211，该发条盒211设置成以传统方式驱动轮系220，特别是运转轮系，该运转轮系中的最远下游的元件驱动输入轮系1，该输入轮系1因此受到运转轮系的转矩。
根据本发明，谐振器机构100包括一个共用结构，该共用结构是可变形的或铰接的并且围绕旋转轴线D可旋转地固定在输入轮系1上。该共用结构承载或包括多个(N个)惯性元件2。该共用结构也连续转动。不存在往复运动：一旦受到驱动转矩，共用结构便沿单独一个旋转方向转动。这并未阻止该结构可逆，并且在它受到来自相反方向的转矩的情况下能够沿另一方向转动。
每个惯性元件2相对于共用结构以至少一个自由度被引导。
每个惯性元件2由弹性复位装置4朝向旋转轴线D复位，该弹性复位装置4设置成在该惯性元件2的质心上产生复位作用力(effort)。
根据本发明，这些弹性复位装置4安装在旋转谐振器机构100中。
这种复位作用力指向旋转轴线D，并且具有与旋转轴线D和所讨论的惯性元件2的质心之间的距离RG成比例的强度。
在一个特定变型中，同一弹性复位装置4共用于多个惯性元件，并且尤其可以由牵引弹簧组成，该牵引弹簧连接设置在惯性质量块或类似物上的耳轴(trunnion)。
在尤其在图1、2、12、13、14中示出的另一变型中，谐振器结构100是铰接的，所述弹性复位装置4设置在一方面共用结构与另一方面惯性质量块2或惯性质量块2的支承臂31、32之间。
在如图15中显而易见的又一变型中，共用结构是可弹性变形的并且构成所述弹性复位装置4。
谐振器机构100具有N阶旋转对称性，其中N是惯性质量块2的数目。在上文引用的现有技术中情况就不是这样。
在谐振器机构100被铰接的一个变型中，每个惯性元件2由臂或次级铰接系统通过至少一个导向装置5相对于共用结构直接或间接地引导。
图1因此示出其中共用结构包括中心轮系30的一个示例，中心轮系30在其两端承载用于围绕轴线D31和D32铰接的枢轴51、52，并且分别承载臂31、32，这些臂自身承载惯性元件2：即21和22，根据实际的变型，所述惯性元件可以在通过它们的质心的轴线D1、D2的位置处松弛地安装在这些臂31、32上，或者相对于这些臂固定地安装。
在图1的此变型中，弹性复位装置4是旋转的并且是分开的：即，设置在一方面在内部附接件410、420的位置处在共用结构3的中心轮系30与另一方面在外部附接件411、421的位置处在臂31、32之间的弹性复位装置41和42。
应理解，每个惯性元件2可以如本说明书的大多数附图中那样具有旋转自由度，或者如图12中那样具有平移自由度。
在每个惯性元件2具有旋转自由度的变型中，更具体地，弹性复位装置4导致与通过下式表征的总弹性势能相当的弹性势能：
其中：
-Vtot是代表弹性能量的弹性势能；
-Σj是括号之间的量在j上的和，
-ω0是要施加的转速，
-Rj(βi)是根据自由度的值βi变化的惯性元件j的质心的位置，
-Mj是惯性元件j的质量，
更具体地，Rj(βi)具有唯一值Rj，并且复位装置引起通过下式表征的弹性势能：
V＝1/2.(dα0/dt)2.Σ(Mj Rj2)
其中：
-V是弹性势能，
-Σj是括号之间的量之和，
-(dα0/dt)是要施加的转速，
-Rj是旋转轴线距所述惯性元件(2)的质心G的距离，
-Mj是所述惯性元件的质量。
应理解，在包括两个惯性元件21和22的图1的铰接示例中，根据本发明的谐振器机构100在任何时间必须操纵三个角度：共用结构3与钟表机芯的机板或类似物的角度，以及惯性元件21和22的质心以相应导向装置51和52的轴线D31和D32为基准相对于共用结构3形成的角度β1和β2。当然，在N个惯性元件的情况下属于操纵N1+角度的问题。
该系统是自我调节的：在通过机芯的驱动装置传递的转矩的作用下，每个惯性元件倾向于远离旋转轴线D移动到其中空气摩擦传递抵抗转矩的径向位置，所述抵抗转矩在切向上平衡施加至与惯性元件的质心相关的输入轮系1的转矩的作用力。在径向上，离心力平衡通过弹性复位装置4传递的复位作用力的径向分量。这种切向和径向双平衡根据由驱动装置产生的转矩的瞬时值来确定质心在任何时间的径向位置。旋转角速度等于弹性复位装置的刚度与惯性元件的质量的商的平方根，而质心相对于旋转轴线D的瞬时半径等于驱动转矩与以下乘积之间的商的平方根：即，角速度和周围环境与惯性元件之间的摩擦系数的乘积。
惯性元件的质心倾向于在驱动装置停止时到达旋转轴线D，其中此位置对应于在弹性复位装置4的部分上施加零牵引作用力。可以更容易形成这样的谐振器机构100，其中惯性质量块2接近旋转轴线，特别是在这些惯性质量块2处于同一平面中并且例如在不工作位置互相接触的情况下，并且因而以一定预应力组装弹性复位装置4。
归咎于重力场的干扰倾向于区分惯性元件在手表300的一些特定位置的行为。例如，图1具有位于纸平面中并指向纸的底部的基准方向Z，该基准方向指示位置的竖直方向和重力场，惯性元件22倾向于远离共用结构3移动，而惯性元件21倾向于接近共用结构3。如果惯性元件2在径向上完全自由，则情况也可以是它们相对于旋转轴线D位于不同半径上。
为了避免重力场的这种效应，因此有利的是，执行减少每个惯性元件2的自由度的数目的运动传递(movement transfer)并且建立一种机械联接，该机械联接强制实现每个惯性元件2关于其它惯性元件相对于旋转轴线D的径向位置。因此，整个谐振器机构的总质心可以落在旋转轴线D上。优选地建立相对于旋转轴线D的对称性。
为此，旋转谐振器机构100有利地在至少两个惯性元件2之间且优选地在全部惯性元件2之间包括运动学联结装置，更具体地刚性运动学联结装置。该联结装置迫使惯性元件2连续地位于距旋转轴线D的相同距离处。这意味着惯性元件2不再具有相对于共用结构3的自由度。
这种运动学联结装置适合于低频率，特别是2至5Hz。另一方面，如果共用结构3的转速提升，特别是对应于高于或等于20Hz例如约50Hz的周期，则面对惯性效应时重力场的效应可忽略不计，并且这种运动学联结装置不是必需的。这种非常简单的构型可以适于单一用途的应用，诸如烟花装置(fireworks)等。然而，只要寻求特别是用于手表中的良好的计时性能等级，则运动学联结装置就变得必要。
这些运动学联结装置的不同示例在图2、3、4、8、9、10、12、13、14、15和16中被示出并且以下将进行说明。大部分是铰接式刚性运动学联结装置且一些附图示出柔性运动学联结装置。
图2示出处于展开位置的本发明的一个有利构型，其中运动学联结装置经由缩放仪(pantograph)结构形成：谐振器机构100具有以围绕旋转轴线D的对称性铰接的缩放仪结构，其中至少全部惯性元件2直接地或间接地借助于臂铰接在中心轮系30和次级中心轮系130周围，根据变型，所述臂被赋予附图标记31、32、131、132、121、122、123、124，所述次级中心轮系130设置成围绕旋转轴线D枢转并且与中心轮系30共同构成交叉结构。“臂”在此应理解为是指具有两个铰接部的构件。
“缩放仪”是指围绕中心轴线铰接的双重结构，并且图中更具体地示出了双菱形。“半缩放仪”是指该结构的位于中心轴线的单独一侧的部分。缩放仪具有两个半缩放仪，这两个半缩放仪具有形成交叉结构的共用元件。
更具体地，由中心轮系30和次级中心轮系130形成的这种交叉结构的质心在旋转轴线D上。
因此，在图2中，通过基于图1中的示例组合以下构件来构成运动学联结装置和导向装置：中心轮系30，围绕在轴向枢轴的位置处的旋转轴线D枢转的次级中心轮系130，在中心轮系30上枢转的两个臂31和32，围绕在枢轴(未详细示出)的位置处的轴线D131和D132在次级中心轮系130上以及在轴线D1和D2的位置处在惯性元件21和22上同时松弛地枢转的另外两个次级臂131和132，以及为了其形成具有2阶旋转对称性的缩放仪的操作所需的七个铰接部。
在一个特定变型中，次级中心轮系130围绕旋转轴线D松弛地枢转。
弹性复位装置41和42与图1中相同，因为由围绕次级中心轮系130的两个臂131和132形成的杆组件是被动的，其仅有的功能是维持惯性元件21和22的质心相对于旋转轴线D对称。
自然地，如在图3和4所示的变型中显而易见的，一些臂可以形成惯性元件。被图示处于折叠位置的与图2的变型非常接近的图3的变型将惯性元件21和次级臂131组合以形成惯性元件121并且将惯性元件22和次级臂132组合以形成惯性元件123，臂31形成惯性元件122且臂32形成惯性元件124。
更具体地，所有惯性元件2直接铰接在中心轮系30和次级中心轮系130上。因此，图4的非常紧凑的变型包括四个惯性元件，其因此形成呈缩放仪形式围绕中心轮系30和次级中心轮系130铰接的臂31、32、131、132。
图5和6是半缩放仪的图表，图6中示出部段j的质心的极坐标。这里的“部段(segment)”是半缩放仪的菱形的一条边的几何定义，并且“臂”指代结合在该机构中的物理部件。
图7示出等腰且规则的菱形半缩放仪的特定情况，其中：
β1＝β2＝β3＝B4，
其中部段73和74的质心G2和G4位于将相关部段的任一侧上的接合部——分别为A13至A34和A24至A34——连接的直线上。
在任何半缩放仪的情况下，如图5和6中显而易见的，缩放仪的呈四边形式的每个部件包括互相铰接并且相对于由主接合部70或旋转轴线D形成的枢转轴线铰接的四个部段71、72、73、74。中心轮系30由相对于主接合部70彼此延伸的(in the extension of oneanother)两个第一部段71形成，并且次级中心轮系130由相对于主接合部70彼此延伸的两个第二部段72形成。弹性复位装置4产生势能V，其根据下式取决于缩放仪部件的变形角度β1：
(此条件使得能够保证任何缩放仪的等时性)
其中：
-V(β1)是根据角度β1变化的势能，
-β1是缩放仪的打开角度，即一方面将缩放仪的与枢转轴线相对的点连接至枢转轴线的直线与另一方面所讨论的部段之间的角度，
ω0＝dα0/dt是旋转谐振器机构100的转速，
-Σj是括号之间的量在j上的和，
Mj是行j的惯性元件2的质量，
Rj(β1)是旋转轴线距行j的惯性元件2的质心Gj的距离，
-R'j(β1)是枢转轴线与行j的惯性元件2的质心之间的距离关于β1的导数。
更具体地，被限制在两个铰接部之间的每个臂(31；32；131；132；121，122，123，124)的质心位于将所讨论的臂的任一侧上的两个铰接部连接的直线上。
更具体地并且特别是在图4和7的变型中，半缩放仪的每个部件包括具有相等长度L并且共同形成规则菱形的四个部段。中心轮系30和次级中心轮系130的质心位于谐振器机构100的旋转轴线D上，并且每个惯性臂的质心位于由相应臂的两个铰接部限定的线上。
更具体地，参照图7的标记，弹性复位装置的势能Vtot通过下式与它们的变形角度相关联：
Vtot(β1)＝L(M3.R3+M4.R4).(dα0/dt)2.cos 2β1
其中：
-β1是缩放仪的打开角度，
-L是铰接部之间的每个部段的长度，
-M3是形成与由主接合部70或旋转轴线D形成的枢转轴线相对的两个惯性元件之一的第三部段73的质量，所述第三部段73被限制在第一侧向接合部A13和与形成主接合部70的轴线接合部A12相对的顶点接合部A34之间，
-M4是形成与所述枢转轴线相对的两个惯性元件中的另一个的第四部段74的质量，所述第四部段74被限制在第二侧向接合部A24与顶点接合部A34之间，
-R3是第一侧向接合部A13距第三部段73的质心G3的距离，
-R4是第二侧向接合部A24距第四部段74的质心G4的距离，
-dα0/dt是旋转谐振器的转速。
这种具有与足够的弹性复位装置组合的结构的缩放仪类型因此形成一种机构，其在理论上讲使得能够保证输入轮系1的旋转周期的一致性并且确保在重力场中的位置不敏感性。
然而，实际的实现却需要实施期间的预防措施，其原因在于大量铰接导向装置、与摩擦类似的情况以及效率损失。
以下将概述其它类型的运动学联结装置。
为了避免与轴的加工精度和平行度以及由于枢轴处的摩擦引起的效率变化相关联的铰接系统的成本，本发明的一个特定实施例涉及一种机构，其中，导向元件中的至少一个和弹性复位装置4中的至少一个通过柔性导向装置接合在一起。这意味着通过单个柔性导向装置来履行不同的导向和弹性功能。更具体地，除了在旋转轴线的位置处的导向装置之外，所有旋转导向装置和弹性复位装置由柔性导向装置构成。
更具体地，至少一个这样的柔性导向装置具有被限制在平面中并且共同限定柔性旋转导向装置的虚拟旋转轴线的至少两个叶片。
更具体地，在诸如上文描述的缩放仪类型的结构中，其铰接部中的至少四个由柔性旋转导向装置形成。
图8因此示出与图3和4的结构接近的结构，其中除了旋转轴线D的位置处以外不具有枢转铰接部，并且其中，形成缩放仪的各部段的臂31、131、32、132形成惯性元件。在此非限制性变型中，柔性导向装置均具有设置在平行且分开的层级处的两个叶片，并且在平行平面上的投影中这两个叶片在铰接轴线D31、D1、D131、D132、D2和D32的位置处相交。
一种简单的构型在图8A、8B和8C中被示出，其由叠加的包括全部上部叶片103的上部一体式结构101和包括全部下部叶片102的下部一体式结构102组成。这些上部结构101和下部结构102可以通过胶粘、铆接或其它方式非常简单地组装在一起，并且不同铰接部的径向位置以及惯性元件关于旋转轴线D的对称性都得到完美保证。
更具体地，两个构件之间的这些柔性旋转导向装置是如以上概述的这种具有突出的交叉叶片的装置，其在投影平面上读取的在交叉轴线C与叶片在构件之一上的锚固点之间的打开角度θ具有40°+/-4°的值，并且叶片在0.15+/-0.015的长度比例处交叉。这种交叉可以在运动性最大的构件——即具有最显著位移的构件——附近像在运动性最小的构件附近那样同等地执行，并且它通常通过构件的尺寸设定来确定以确保叶片的锚固点之间的所需距离。
更具体地，柔性导向装置由氧化硅制成以补偿热效应。
图9至16示出多个变型，在适合的情况下并且基于铰接的刚性运动学联结装置或者柔性运动学联结装置，这些变型能够保证惯性元件的质心的运动的径向对称性。
为了在惯性元件2(21和22)之间建立刚性运动学联结装置，图9和10的构型借助于齿轮60形成，所述齿轮60与旋转轴线D同心地松弛安装并与和惯性元件21和22成一体的两个带齿部段61和62连续配合。这里，惯性元件21和22被示出为通过所述具有突出的交叉叶片41和42的柔性导向装置铰接在共用结构3上。
在具有中心轮系30和次级中心轮系130的缩放仪类型结构的一个特定变型中，中心轮系30通过弹性连接部80固定在输入轮系1上并且次级中心轮系130围绕旋转轴线D枢转，但是这种枢转运动受限于将它与输入轮系1连接的弹性连接部70。在图11所示的这种特定变型中，中心轮系30和次级中心轮系130均受到相当于传统擒纵机构中的相应擒纵转矩的一半的驱动转矩。
更具体地，该弹性连接部80是具有两个弹性叶片的柔性旋转导向装置。
图12示出另一变型，其中运动学联结装置具有径向线性导向装置90，该导向装置90具有在惯性元件21和22的孔911和912中滑动的径向导向条91。这里弹性复位装置4均由V形弹簧41、42形成。
图13示出又一变型，其中运动学联结装置具有将中心轮系30的曲线槽35和由所讨论的惯性元件21、22承载的销25组合的曲线导向装置95。在此变型中，为了各惯性元件21、22的悬置和复位，弹性复位装置4具有基本上互相平行以便限制各惯性元件21、22以单个自由度运动的两个弹性叶片45和46。
图14示出具有齿轮60的与图9的结构接近的结构，所述齿轮60与旋转轴线D同心地松弛安装并与两个中间轮610和620连续配合，所述两个中间轮本身与和惯性元件21和22以及臂31和32一体化的轮或带齿部段61和62啮合。这里，臂31和32被示出为通过传统牵引弹簧铰接在共用结构3上。
图15示出一个变型，其中运动学联结装置不是刚性的而是柔性的，并且共用结构30是承载惯性元件21和22的柔性叶片，每个惯性元件承载与轴向惰轮60配合的齿条元件161、162的支承臂。然而，在此非常简单的机构中，惯性元件21和22可以沿两个自由度移动。
图16的构型通过以下手段解决了此问题：即，如同图13的构型中一样，使用弹性复位装置4，为了各惯性元件21、22的悬置和复位，所述弹性复位装置4具有基本上互相平行以便限制各惯性元件21、22以单个自由度移动的两个弹性叶片45和46。
在一种特定构型中，整个谐振器机构100(导向装置、惯性元件、弹性复位装置、臂、轮系)是一体的。该旋转谐振器组件例如可以由通过多层级DRIE加工的硅制成。当这种实施不切实际时，特别是当在不同层级使用交叉叶片时，可以如图8A的情况那样，有利地使均容易制造的上部一体式结构101和下部一体式结构102叠置，并且这些结构可以通过胶粘、铆接或其它方式非常容易地组装在一起。更具体地，上部一体式结构101和下部一体式结构102被不可逆地组装在一起以形成无法拆卸的一体式构件。
在一个特定变型中，旋转谐振器机构100的旋转频率高于20Hz并且尤其高于50Hz。这种相对高的频率使得在不存在运动学联结装置的情况下能够限制在重力场中对位置的敏感性。
应理解，设计用于计时的本发明也可用于其它机构，诸如打点机构调节器或其它机构。
本发明的弹性复位装置安装在旋转谐振器中，这使得能够简化其构造。
此外，本发明的运动学联结装置通过将质量块的位移完全联系而减少了系统的自由度的数目，而在现有技术中，联系件是柔性的并且无法减少自由度的数目。
本发明还涉及一种钟表机芯200，其包括用于蓄积和储存能量的装置210、特别是至少一个发条盒211的支承板，所述装置210通常设置成驱动轮系220，特别是运转轮系，所述轮系的最下游的元件设置成驱动属于该机芯200的这种旋转谐振器机构100的输入轮系1。
本发明还涉及一种钟表，特别是手表300，其具有至少一个钟表机芯200和/或这种旋转谐振器机构100。
本发明具有不同的优点，特别是：
-消除了传统擒纵机构，从而允许简化所述机构；
-消除了游丝摆轮的枢轴的摩擦作用，从而允许增大谐振器机构的品质因数；
-消除了擒纵机构的摇摆，从而允许提高效率；
-增加了目前的机械手表的动力储备和/或精度。
对于给定的机芯大小，可以将手表的自主性(autonomy)增大五倍以及将控制手表的动力加倍。这就是说，本发明允许系数为10的机芯的性能等级的增益。
Claims (23)
1.一种用于钟表机芯的谐振器机构(100)，所述谐振器机构具有安装成围绕旋转轴线(D)枢转并且受到驱动转矩的输入轮系(1)，并且具有中心轮系(30)，所述中心轮系围绕所述旋转轴线(D)以旋转方式固定在所述输入轮系(1)上并且设置成连续转动，其中所述谐振器机构(100)具有多个即N个惯性元件(2)，每个惯性元件能够相对于所述中心轮系(30)移动，并且由属于所述谐振器机构(100)的弹性复位装置(4)朝向所述旋转轴线(D)复位，所述弹性复位装置设置成在所述惯性元件(2)的质心上产生复位作用力，其中所述谐振器机构(100)具有N阶旋转对称性，所述谐振器机构的特征在于，所述谐振器机构(100)具有位于全部所述惯性元件(2)之间的运动学联结装置，所述运动学联结装置设置成在任何时间都将所述惯性元件(2)的质心维持在距所述旋转轴线(D)的相同距离处；并且，由所述谐振器机构(100)承载的旋转的弹性复位装置(4)产生通过下式表征的弹性势能：
V＝1/2.(dα0/dt)2.Σ(Mj Rj2)
其中：
-V是弹性势能，
-Σj是括号之间的量之和，
-(dα0/dt)是要施加的转速，
-Rj是旋转轴线距所述惯性元件(2)的质心G的距离，
-Mj是所述惯性元件的质量，
所述谐振器机构(100)具有围绕所述旋转轴线(D)铰接的缩放仪结构，其中至少全部所述惯性元件(2)直接铰接或借助于臂间接铰接在所述中心轮系(30)和次级中心轮系(130)周围，根据变型，所述臂被赋予附图标记(31；32；131；132；121；122；123；124)，所述次级中心轮系(130)设置成围绕旋转轴线(D)枢转并且与所述中心轮系(30)共同构成交叉结构。
2.根据权利要求1所述的谐振器机构(100)，其特征在于，由所述中心轮系(30)和所述次级中心轮系(130)形成的所述交叉结构的质心在所述旋转轴线(D)上。
3.根据权利要求1所述的谐振器机构(100)，其特征在于，所述缩放仪的每个部件包括互相铰接并且相对于由主接合部(70)或所述旋转轴线(D)形成的枢转轴线铰接的四个部段(71，72，73，74)，其中所述中心轮系(30)由相对于所述主接合部(70)彼此延伸的两个第一部段(71)形成，并且所述次级中心轮系(130)由相对于所述主接合部(70)彼此延伸的两个第二部段(72)形成；并且，所述弹性复位装置(4)产生根据下式取决于所述缩放仪部件的变形角度β1的势能V：
其中：
-V(β1)是根据角度β1变化的势能，
-β1是所述缩放仪的打开角度，即一方面将所述缩放仪的与所述枢转轴线相对的点连接至所述枢转轴线的直线与另一方面相应的所述部段之间的角度，
-dα0/dt是所述旋转谐振器机构(100)的转速，
-Σj是括号之间的量在j上之和，
-Mj是行j的惯性元件(2)的质量，
-Rj(β1)是所述旋转轴线距所述惯性元件(2)的质心Gj的距离，
-R'j(β1)是所述枢转轴线与惯性元件(2)的质心之间的距离关于β1的导数。
4.根据权利要求1所述的谐振器机构(100)，其特征在于，所述缩放仪结构形成具有围绕所述旋转轴线(D)的对称性或具有围绕所述旋转轴线(D)的2阶旋转对称性的缩放仪。
5.根据权利要求1所述的谐振器机构(100)，其特征在于，全部所述惯性元件(2)直接铰接在所述中心轮系(30)和所述次级中心轮系(130)上。
6.根据权利要求1所述的谐振器机构(100)，其特征在于，被限制在两个铰接部之间的每个所述臂(31；32；131；132；121；122；123；124)的质心位于连接相应的所述臂的两侧上的两个铰接部的直线上。
7.根据权利要求1所述的谐振器机构(100)，其特征在于，所述缩放仪的每个部件包括具有相等长度并且共同形成规则菱形的四个部段。
8.根据权利要求6所述的谐振器机构(100)，其特征在于，所述缩放仪的每个部件包括具有相等长度并且共同形成规则菱形的四个部段；并且，所述弹性复位装置(4)的势能Vtot通过下式与它们的变形角度相关联：
Vtot(β1)＝L(M3.R3+M4.R4).(dα0/dt)2.cos 2β1
其中：
-β1是所述缩放仪的打开角度，即一方面将所述缩放仪的与所述枢转轴线相对的点连接至所述枢转轴线的直线与另一方面相应的所述部段之间的角度，
-L是所述铰接部之间的每个部段的长度，
-M3是形成与由主接合部(70)或所述旋转轴线(D)形成的枢转轴线相对的两个惯性元件中的一个的第三部段(73)的质量，所述第三部段(73)被限制在第一侧向接合部(A13)和与形成所述主接合部(70)的轴线接合部(A12)相对的顶点接合部(A34)之间，
-M4是形成与所述枢转轴线相对的两个惯性元件中的另一个的第四部段(74)的质量，所述第四部段(74)被限制在第二侧向接合部(A24)与所述顶点接合部(A34)之间，
-R3是所述第一侧向接合部(A13)距所述第三部段(73)的质心G3的距离，
-R4是所述第二侧向接合部(A24)距所述第四部段(74)的质心G4的距离，
-dα0/dt是所述旋转谐振器的转速。
9.根据权利要求1所述的谐振器机构(100)，其特征在于，所述中心轮系(30)和所述次级中心轮系(130)均通过弹性连接部(80)固定在所述输入轮系(1)上。
10.根据权利要求9所述的谐振器机构(100)，其特征在于，所述弹性连接部(80)是具有两个弹性叶片的柔性旋转导向装置。
11.根据权利要求1所述的谐振器机构(100)，其特征在于，每个所述惯性元件(2)由至少一个导向装置(5)直接地或借助于臂或次级铰接系统间接地相对于共用结构导向；并且，所述导向装置(5)中的至少一个和所述弹性复位装置(4)中的至少一个通过柔性导向装置接合在一起。
12.根据权利要求11所述的谐振器机构(100)，其特征在于，除了在所述旋转轴线(D)的位置处的导向装置以外，属于所述谐振器机构(100)的弹性复位装置(4)和全部旋转的导向装置都由柔性导向装置形成。
13.根据权利要求11所述的谐振器机构(100)，其特征在于，至少一个所述柔性导向装置具有被限制在平面中的至少两个弹性叶片，所述至少两个弹性叶片共同限定柔性旋转导向装置的虚拟旋转轴线。
14.根据权利要求1所述的谐振器机构(100)，其特征在于，在所述缩放仪类型的结构中，至少其中四个铰接部由根据权利要求13所述的柔性旋转导向装置形成。
15.根据权利要求13所述的谐振器机构(100)，其特征在于，两个构件之间的至少一个所述柔性旋转导向装置是具有在投影平面上突出的交叉叶片的导向装置，其在所述投影平面上读取的在所述叶片在所述平面上的投影的交叉轴线C与所述叶片在所述构件之一上的锚固点之间的打开角度θ具有40°+/-4°的值，并且所述叶片在0.15+/-0.015的长度比例处交叉。
16.根据权利要求11所述的谐振器机构(100)，其特征在于，所述柔性导向装置由氧化硅制成以补偿热效应。
17.根据权利要求1所述的谐振器机构(100)，其特征在于，全部所述惯性元件(2)之间的所述运动学联结装置具有至少一个惰轮(60)，所述至少一个惰轮与所述旋转轴线(D)同心地松弛安装并与属于每个所述惯性元件的带齿部段或齿条(61，62)连续配合。
18.根据权利要求1所述的谐振器机构(100)，其特征在于，所述运动学联结装置具有径向线性导向装置(90)，所述径向线性导向装置具有在属于所述惯性元件(2)的孔(911，912)中滑动的径向导向条(91)。
19.根据权利要求1所述的谐振器机构(100)，其特征在于，整个所述谐振器机构(100)一体地制成。
20.根据权利要求1所述的谐振器机构(100)，其特征在于，所述谐振器机构(100)具有包括处于不同层级的交叉叶片的柔性导向装置，并且具有采用叠加布置且装配在一起的包括全部上部叶片(103)的一体式上部结构(101)和包括全部下部叶片(104)的一体式下部结构(102)。
21.根据权利要求1所述的谐振器机构(100)，其特征在于，所述旋转谐振器机构(100)的旋转频率高于20Hz。
22.一种钟表机芯(200)，具有根据权利要求1所述的旋转谐振器机构(100)，并且具有用于蓄积和储存能量的装置(210)或设置成驱动轮系(22)的至少一个发条盒(211)的支承板，所述轮系(22)设置成驱动所述旋转谐振器机构(100)的输入轮系(1)。
23.一种手表(300)，具有至少一个根据权利要求22所述的钟表机芯(200)。
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